【正文】 ，在所有零件結(jié)構(gòu)中，Φ8直線(xiàn)光軸和懸掛著送絲機(jī)構(gòu)的2020GW鋁型材是最容易出現(xiàn)斷裂，折彎的地方，所以本設(shè)計(jì)主要的CAE分析對(duì)象就是Φ8直線(xiàn)光軸和懸掛著送絲機(jī)構(gòu)的2020GW鋁型材。 Ansys有限元分析過(guò)程有限元分析主要要經(jīng)過(guò)前處理、有限元分析、后處理這三大過(guò)程，本節(jié)主要以校核Φ8直線(xiàn)光軸所受的應(yīng)力和變形為例來(lái)介紹說(shuō)明Ansys分析的整個(gè)過(guò)程。 前處理前處理主要是對(duì)工程或產(chǎn)品進(jìn)行建模，建立合理的有限元分析模型，具體步驟如下：第一步：導(dǎo)出模型。先將已建好模型的SolidWorks文件導(dǎo)出為Ansys軟件能識(shí)別的文件格式，（見(jiàn)圖31）。圖31 將SolidWorks原模型文件轉(zhuǎn)化為Parasolid文件第二步：導(dǎo)入模型。，點(diǎn)擊File控件，修改PlotCtrl—Style—Solid Model Facet將Style Of Area And Volume Plots的屬性更改成Normal Faceting，再點(diǎn)擊Plot，選擇Volume，得到Φ8直線(xiàn)光軸的Ansys實(shí)體模型（見(jiàn)圖32）。見(jiàn)圖32 Φ8直線(xiàn)光軸的Ansys實(shí)體模型第三步：設(shè)定分析模塊。點(diǎn)擊Preference，進(jìn)行優(yōu)選項(xiàng)的設(shè)置，由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)只涉及力學(xué)結(jié)構(gòu)性能的分析，所以只選擇Structural選項(xiàng)即可（見(jiàn)圖33）。圖33 設(shè)置優(yōu)選項(xiàng)設(shè)置第四步：設(shè)定單元類(lèi)型相應(yīng)選項(xiàng)。在預(yù)處理器中，設(shè)定單元類(lèi)型。點(diǎn)擊Preprocessor，選擇Element Type的Add/Edit/Delete，選擇Solid brick 20 node 186 ，點(diǎn)擊OK（見(jiàn)圖34）。圖34設(shè)定單元類(lèi)型第五步：定義材料屬性。點(diǎn)擊Preprocessor里的Material Models，選擇Structure—Elastic—Isotropic，設(shè)置材料的彈性模量和泊松比。由于設(shè)計(jì)所選用的Φ8直線(xiàn)光軸的材料是優(yōu)質(zhì)碳素鋼45鋼，且根據(jù)表23可知45鋼的彈性模量為210000MPa。最后將數(shù)據(jù)依次填入EX與RPXY表格中（見(jiàn)圖35）。圖35定義材料屬性第六步：對(duì)幾何模型劃分網(wǎng)格。點(diǎn)擊Preprocessor里的Meshtool，選擇Smart Size，細(xì)分等級(jí)選擇6級(jí)，Mesh下拉框選擇Volumes，選擇Φ8直線(xiàn)光軸實(shí)體（見(jiàn)圖36），再點(diǎn)擊Mesh，將導(dǎo)入的Φ8直線(xiàn)光軸實(shí)體智能網(wǎng)格化處理，最后得到網(wǎng)格的化Φ8直線(xiàn)光軸模型（見(jiàn)圖37）。圖36對(duì)幾何模型劃分網(wǎng)格圖37 網(wǎng)格化的Φ8直線(xiàn)光軸模型 有限元分析有限元分析的過(guò)程在前處理之后，它主要是對(duì)有限元模型進(jìn)行單元特性分析、有限元單元組裝、有限元系統(tǒng)求解和有限元結(jié)果生成，具體步驟如下。第一步：添加約束條件。在求解器中設(shè)定模型的約束條件，由于直線(xiàn)光軸在簡(jiǎn)易3D打印機(jī)中兩端是固定的，所以在Ansys中Φ8直線(xiàn)光軸的兩個(gè)端面就是需要約束的對(duì)象。點(diǎn)擊Solution，選擇Apply—Structure—On Areas，選擇Φ8直線(xiàn)光軸的兩個(gè)端面（見(jiàn)圖3圖39），通過(guò)ALL DOF指令將這兩個(gè)端面完全約束（見(jiàn)圖310）。圖38 選擇Φ8直線(xiàn)光軸一約束平面圖39 選擇Φ8直線(xiàn)光軸另一約束平面圖310 建立完全約束第二步：施加載荷。在設(shè)定完約束條件后，緊接著對(duì)Φ8直線(xiàn)光軸施加應(yīng)力載荷。由于在3D打印機(jī)中Φ8直線(xiàn)光軸主要承受的是簡(jiǎn)易3D打印機(jī)打印機(jī)構(gòu)的動(dòng)載荷，不宜求解，所以簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，將問(wèn)題轉(zhuǎn)化成求解最易受折彎的地方的靜態(tài)壓應(yīng)力分析。點(diǎn)擊Pressure—On Nodes，選取Φ8直線(xiàn)光軸中部一半的曲面作為應(yīng)力作用范圍（見(jiàn)圖311），再點(diǎn)擊OK完成載荷的設(shè)置（見(jiàn)圖312）。圖311 應(yīng)力作用范圍圖312 設(shè)定壓應(yīng)力的值第三步：運(yùn)算求解。設(shè)定完約束條件和負(fù)載后，就可以對(duì)模型進(jìn)行運(yùn)算求解。點(diǎn)擊Solve，選擇Current LS，單擊OK完成求解過(guò)程（見(jiàn)圖313，圖314）。圖313 進(jìn)行運(yùn)算求解圖314 運(yùn)算求解完成 后處理后處理：根據(jù)工程或產(chǎn)品模型與設(shè)計(jì)要求，對(duì)有限元分析結(jié)果進(jìn)行用戶(hù)所要求的加工、檢查，并以圖形方式提供給用戶(hù)，輔助用戶(hù)判定計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)方案的合理性，具體如下。[10]第一步：觀察應(yīng)力形變圖。點(diǎn)擊Genral Postroc，選擇Plot Result—Deformed Shape，選擇保留原模型和形變后的模型的應(yīng)力形變圖，得到如下的Φ8直線(xiàn)光軸應(yīng)力形變圖（見(jiàn)圖315）。圖315 Φ8直線(xiàn)光軸應(yīng)力形變圖根據(jù)圖315顯示，可以知道DHX=103 mm 。第二步：觀察應(yīng)力云圖。選擇Contour PlotNodal Solu里的von Mises stress，得到Φ8直線(xiàn)光軸的應(yīng)力云圖（見(jiàn)圖316）。圖316 Φ8直線(xiàn)光軸應(yīng)力云圖根據(jù)圖316應(yīng)力云圖的結(jié)果，可知SMN= MPa，SMX= MPa， MPa， MPa。第三步:數(shù)據(jù)分析。根據(jù)上述數(shù)據(jù)， MPa， MPa，根據(jù)45鋼的力學(xué)性能參數(shù)表(見(jiàn)表23)的數(shù)據(jù)可知，45鋼的Φ8直線(xiàn)光軸符合條件，故設(shè)計(jì)符合要求。另外對(duì)2020GW鋁型材的應(yīng)力分析如下（2020GW鋁型材所受負(fù)載圖見(jiàn)圖312020GW鋁型材的應(yīng)力變形圖見(jiàn)圖312020GW鋁型材的應(yīng)力云圖見(jiàn)圖319）：圖317 2020GW鋁型材所受負(fù)載圖圖318 2020GW鋁型材的應(yīng)力變形圖圖319 2020GW鋁型材的應(yīng)力云圖2020GW鋁型材的分析結(jié)果：根據(jù)圖31圖319可知，2020GW鋁型材的DMX=108 mm，SMN=104 MPa、SMX= MPa，108 mm，104 MPa， MPa。根據(jù)鋁型材性能參數(shù)表（見(jiàn)表21）可知，6063T5的2020GW鋁型材符合條件，故設(shè)計(jì)符合要求。結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成了簡(jiǎn)易3D打印機(jī)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)并且基于CAE技術(shù)完成了簡(jiǎn)易3D打印機(jī)重要結(jié)構(gòu)部件的有限元分析和參數(shù)校核，具體結(jié)論如下：（1） 確定了簡(jiǎn)易3D打印機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，打印機(jī)整體框架為三角洲型，完成了簡(jiǎn)易3D打印機(jī)底座的設(shè)計(jì)、頂框的設(shè)計(jì)、支架的設(shè)計(jì)、送絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及打印機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。（2） 確定了設(shè)計(jì)中所用標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)格選型，其中包括：框架型材為2020GW6063T鋁型材；支架為45鋼的Φ8直線(xiàn)光軸；擠出機(jī)齒輪為MK8黃銅齒輪；擠出機(jī)及動(dòng)力元件所使用的步進(jìn)電機(jī)為42BYGH47401A步進(jìn)電機(jī)；選用的同步帶和同步輪為MXL型號(hào)；滾動(dòng)軸承為628/8型深溝球軸承；直線(xiàn)軸承為L(zhǎng)M8LUU型直線(xiàn)軸承；散熱風(fēng)扇為DFS300612H型散熱風(fēng)扇；。確定了PLA材料的非標(biāo)準(zhǔn)件，其中包括：底座角件、頂框角件、擠出機(jī)座、滑動(dòng)座、萬(wàn)向節(jié)、推桿、中心平臺(tái)、噴頭座等PLA非標(biāo)準(zhǔn)件。（3）確定了簡(jiǎn)易3D打印機(jī)的控制系統(tǒng)，通過(guò)X、Y、Z三個(gè)工作塔上步進(jìn)電機(jī)的聯(lián)動(dòng)使打印機(jī)構(gòu)在X、Y、Z三個(gè)軸的方向上同時(shí)運(yùn)動(dòng)，使3D打印機(jī)可以在一個(gè)160mm160mm170mm圓柱空間內(nèi)完成打印工作。（4）根據(jù)CAE分析所得到的45鋼Φ8直線(xiàn)光軸和2020GW6063T鋁型材的變形圖和應(yīng)力云圖，發(fā)現(xiàn)其所受的應(yīng)力和變形量都極小，結(jié)合他們材料的屬性得出設(shè)計(jì)符合要求。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易3D打印機(jī)，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，空間友好，即使在比較小的空間下也能夠?qū)崿F(xiàn)3D模型的快速成型（即3D打?。?，這樣可以讓3D打印機(jī)更好地走向在家庭或者辦公室，為日后的學(xué)習(xí)、娛樂(lè)和工作提供了一個(gè)新的思路。結(jié)合本次畢業(yè)設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于未來(lái)3D打印機(jī)的展望，我認(rèn)為將來(lái)可以設(shè)計(jì)一種基于激光追蹤反饋閉環(huán)系統(tǒng)的3D打印機(jī)，這種打印機(jī)可以在打印過(guò)程中可以根據(jù)所讀取的模型信息與打印現(xiàn)實(shí)工況對(duì)打印機(jī)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)整，使3D打印機(jī)的精度再提高一成，得到更加精確完整的模型。致謝參考文獻(xiàn)[1]利普森，：從想象到現(xiàn)實(shí)[M].北京:中信出版社，2013年[2]李小麗,馬劍雄,李萍,陳琪,周偉民. 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